Forschungsfortschritte bei nicht seltenen Erden aktivierten anorganischen Glas-Szintillatoren

NIU Luyue ,  

FAN Chao ,  

REN Jing ,  

QIAN Sen ,  

LI Liang ,  

摘要

Szintillatoren dienen als zentrale Wandlermaterialien zur Detektion und Bildgebung hochenergetischer Strahlung und spielen eine unverzichtbare Rolle in den Bereichen medizinische Bildgebung, Sicherheitskontrollen, industrielle zerstörungsfreie Prüfungen und Hochenergiephysik. Traditionelle Szintillatoren, die mit seltenen Erden-Ionen (wie Tb³⁺, Eu³⁺) dotiert sind, weisen zwar hervorragende Eigenschaften auf, stehen jedoch vor Herausforderungen wie hohen Rohmaterialkosten und schmalen Emissionsspektren. Nicht mit seltenen Erden aktivierte anorganische Glas-Szintillatoren sind aufgrund ihrer breit gefächerten Aktivierungsquellen, des breitbandigen Emissionsspektrums und ihrer hohen Umweltanpassungsfähigkeit zum Forschungsschwerpunkt einer neuen Generation von Strahlungsdetektionsmaterialien geworden. Dieser Artikel gibt einen systematischen Überblick über die Lumineszenzmechanismen und die neuesten Forschungsergebnisse dieser Materialien und diskutiert ausführlich die Hauptmaterialsysteme, darunter Dotierungen mit Übergangsmetallionen (wie Mn²⁺, Cu⁺, Sn²⁺), Oxid-Nanokristall-Verbundgläser sowie neue Perowskit-Gläser (auf Blei-, Mangan- und Kupferbasis). Detailliert werden innovative Strategien zur Sensibilisierungsenergietransfer, zur in-situ-Kristallisationskontrolle, zur Halogen-Koordinations-Engineering und zur Herstellung von Glasfaserarrays vorgestellt sowie bedeutende Fortschritte bei wichtigen Leistungskennzahlen wie der Lichtausbeute (bis zu 425 % von BGO), der Durchbruch bei der Raumauflösung und der Widerstandsfähigkeit gegen thermisches Quenching (63 % Intensität bei 573 K) erzielt. Gleichzeitig werden aktuelle Herausforderungen wie die Diskrepanz zwischen Lichtausbeute und theoretischen Erwartungen, der Konflikt zwischen hoher Kristallisationsrate und optischer Homogenität, unzureichende Langzeitbestrahlungsstabilität und die Substitution bleihaltiger Toxizität aufgezeigt. Zukünftige Forschungen sollten sich auf multiskalare Strukturkontrolle, Defekttechnik, bleifreies Design und Geräteintegrationstechnologien konzentrieren, um die praktische Anwendung nicht mit seltenen Erden dotierter Glas-Szintillatoren in der hochmodernen medizinischen Bildgebung, der industriellen zerstörungsfreien Prüfung und der Detektion in extremen Umgebungen voranzutreiben.

关键词

Glas-Szintillatoren;nicht seltene Erden Ionen;Oxid-Nanokristall-Verbundglas;Übergangsmetalle;Perowskit

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